硅微阵列陀螺仪闭环驱动控制技术研究

为了进一步提高硅微阵列陀螺仪驱动模态的控制精度与稳定性,深入分析了硅微阵列陀螺仪的结构设计和闭环驱动控制技术。基于硅微阵列陀螺仪闭环驱动控制的特点,以现场可编程门阵列(FPGA)为核心控制平台,实现一种基于自激振荡原理的数字化闭环驱动电路。分析并建立了自激振荡与幅度控制的基本模型,基于Simulink实现了闭环自激驱动的仿真。实验结果表明,常温下驱动幅度控制精度达到9×10~(-5),并能有效跟踪驱动模态谐振频率。     

双闭环真空硅微陀螺仪设计及测试性能分析

所设计的硅微陀螺仪工作在10 Pa,品质因素达到3000,采用CAN金属壳封装形式,测控线路采用闭环自激驱动,力反馈式闭环检测方式.驱动采用单边驱动单边检测,尽量使线路简化;检测采用双重分解和重构回路.测试结果表明:有用信号和正交信号实现很好的相位解耦,互不影响.在实现标度因素10 mY/(°)S-1的情况下,零偏稳定性已达到了60°/h;线性度已达到了400 ppm;带宽仿真达到150 Hz;这较以前设计的空气下闭驱开检方式下的硅微陀螺性能提高了近2个数量级.     

微机械振动式陀螺仪寄生效应的处理

基于微机械陀螺仪的寄生效应产生原理,借助于陀螺仪的系统函数,分析了寄生效应对系统频率响应的影响.对频率响应实部和虚部的处理,可以得到寄生电容和寄生电阻等一些关键参数值.通过数字滤波的方法可以减少寄生效应的影响.     

扭摆式微机械加速度计的系统研究

扭摆式微机械加速度计是近年来才开始发展的一种新型加速度计。介绍了这种新型加速度计的机械结构、工作原理,根据其测试特点,对其关键部分进行了探讨。在此基础上,对整个加速度计系统的误差来源进行了分析。     

硅微z轴谐振陀螺仪负电刚度效应分析及实验验证

介绍了在开环工作状态下硅微z轴谐振陀螺仪由于加工工艺缺陷所导致的误差机理。为减小陀螺仪初始电容差和抑制正交耦合误差，提出了一种闭环控制检测策略。重点分析了其力矩反馈器的电刚度效应并给出其线性数学模型表示式。通过对硅微z轴陀螺仪敏感模态的反馈力与谐振频率的关系分析，间接得出了在敏感方向上电负刚度与力矩器所施电压的内在联系，并在实验上进一步验证电刚度效应。这将为下一步闭环控制方案的设计奠定重要基础。     

加工应力对双线振动式陀螺仪谐振频率的影响

分析了双线振动式陀螺仪在驱动模态和检测模态的振动方程及刚度,提出用方波梁代替直梁以减小加工应力对陀螺仪谐振频率的影响.并用ANSYS分析软件对驱动谐振频率进行仿真,验证了新结构可以减小应力的影响.     

硅微机械谐振陀螺仪结构优化设计

介绍了硅微机械谐振陀螺仪的工作原理,给出了陀螺仪标度因数的表达式,分析了陀螺仪驱动模态的最大振幅、陀螺质量块结构参数、杠杆、DETF结构参数对标度因数的影响,优化了结构设计.利用有限元分析软件ANSYS对陀螺仪的结构进行了仿真,并制作了原理样机.     

基于厚膜混合集成的硅微机械加速度传感器

采用厚膜混合集成技术实现了硅微机械加速度传感器工程样机。介绍了厚膜混合集成电路工艺的原理和特点、传感器的结构和工作原理，研究了信号提取和处理方法，优化了反馈控制校正电路网络，利用电容转换专用集成电路，通过厚膜技术组装了工程样机。实验结果表明：该单片加速度传感器具有较高的精度和零偏稳定性。     

硅微陀螺信号处理方法——基于前向线性预测小波变换方法

为补偿漂移误差对硅微陀螺的测量精度造成的损失,针对漂移误差易受外部环境噪声影响的特点,提出了一种基于前向线性预测（FLP）的小波变换（WT）处理方法——DWT-FLP算法,并通过硅微陀螺试验对其进行了验证。该方法利用快速小波变换算法进行信号的小波分解和小波重构,并将FLP方法用于小波分解系数的重构,比较显著地提高了重构信号的精度。对于4尺度的db4小波变换,40阶FLP的滤波方法可以将硅微陀螺静态漂移的标准差提高4.8倍,动态测量过程信噪比可以提高6.5dB,并且该算法的实时性也可以满足实际工程的需要。     

水平轴硅微机械陀螺仪机电接口模型的电容分析

以水平轴硅微机械陀螺仪结构为对象,建立了陀螺仪机电接口的理论模型,分析了模型中杂散电容对输出信号的影响,并用电路分析软件对模型进行仿真。结果表明,陀螺仪活动结构与衬底、引线间的电容对输出信号的影响很大,最后提出了减小杂散电容,提高信噪比的方法。